2017年初MBR膜處理系統(tǒng)處理量降低，其中7個膜池的MBR膜透膜壓差TMP上漲速度加快，2月份中旬發(fā)現有部分膜池產水濁度上升，經過排查部分膜堆發(fā)生泄漏，本次對這7個膜池36組膜堆進行檢修，主要查找膜片漏點、清理膜片間泥餅，并更換損壞膜片，分析MBR膜損壞、結垢、透膜膜壓差高，膜片結垢原因，并針對上述問題優(yōu)化操作，列出相應防范措施。目前我們采用的膜堆是進口浸沒式平板MBR膜組件，膜材質為聚偏氟乙烯(PVDF)+無紡布(PET)，每片膜的有效面積為1.4平米，每個膜堆由100片MBR膜組成，目前膜堆到了廠家協(xié)議的5年使用壽命，部分膜堆的膜片已經開始損壞，根據MBR膜的結構特點特點、運行工藝，對現有膜堆運行情況進行了分析，同時在現有的工藝條件下對國產MBR膜進行了實驗。
1、MBR膜介紹與結構特點
(1)MBR膜系統(tǒng)膜形式及材質介紹，目前的MBR膜系統(tǒng)由多個單元組成，每個單元由若干個膜組件組成，每個膜組件按照上下兩層分布，每100片膜組成一個膜組件，每片膜膜面積1.4㎡，運行方式采用過濾+松歇的方式運行，標稱孔徑0.08微米，膜片材質：聚偏氟乙烯(PVDF)+PET無紡布，膜組件底部為曝氣管，產水側利用自吸泵抽吸出水，池內污泥定期循環(huán)。
(2)我公司采用的MBR膜為固液分離型膜，通常人們所指的膜生物反應器僅包括固液分離膜生物反應器。按膜組件和生物反應器的相對位置，固液分離MBR膜又可以分為浸沒式膜生物反應器和外置式膜生物反應器。膜-生物反應器(MembraneBioreactor,MBR)技術,是一種新型高效的污水處理工藝，它是用膜組件代替?zhèn)鹘y(tǒng)活性污泥法中的二沉池，大大的提高了系統(tǒng)固液分離的能力。MBR技術是膜分離技術與生物技術有機結合的新型廢水處理技術。它是利用膜分離組件將生化反應池中的活性污泥和大分子有機物截留住，省掉二沉池。因此，活性污泥濃度可以得到大大提高，水力停留時間(HRT)和污泥停留時間(SRT)可以分別控制，而難降解的物質在反應器中不斷反應和降解。因此，膜-生物反應器工藝通過膜的分離技術大大強化了生物反應器的功能。
(3)膜-生物反應器特點
?、賹ξ廴疚锏娜コ矢撸挚刮勰嗯蛎浤芰?，出水水質穩(wěn)定可靠，出水中沒有懸浮物。
?、谒νＡ魰r間(HRT)與污泥齡(SRT)相互依賴，提高容積負荷與降低污泥負荷往往形成矛盾。系統(tǒng)在運行過程中還產生了大量的剩余污泥，其處置費用占污水處理廠運行費用的25%～40%。傳統(tǒng)活性污泥處理系統(tǒng)還容易出現污泥膨脹現象，出水中含有懸浮固體，出水水質惡化。
?、勰さ臋C械截流作用避免了微生物的流失，生物反應器內可保持高的污泥濃度，從而能夠提高體積負荷，降低污泥負荷，且MBR工藝略去了二沉池，大大的減少占地面積。
?、苡捎赟RT很長，生物反應器又起到了“污泥硝化池”的作用，從而顯著的減少污泥產量，剩余污泥產量低，污泥處理費用低。
?、萦捎谀さ慕亓髯饔檬筍RT延長，營造了有利于增殖緩慢的微生物。如硝化細菌生長的環(huán)境，可以提高系統(tǒng)的硝化能力，同時也有利于提高難降解大分子有機物的處理效率和促使其徹底的分解。
?、轘MBR曝氣池的活性污泥不因產水而損失，在運行過程中，活性污泥會因進入有機物濃度的變化而變化，并達到一種動態(tài)平衡，這使系統(tǒng)出水穩(wěn)定并有耐沖擊負荷的特點。
?、咻^大的水力循環(huán)導致了污水的均勻混合，因而使活性污泥有很好的分散性，大大的提高活性污泥的比表面積。MBR系統(tǒng)中活性污泥的高度分散是提高水處理的效果的又一個原因。這是普通生化法水處理技術形成較大的菌膠團所難以相比的。
?、嗄ど锓磻饕子谝惑w化，易于實現自動控制，操作管理方便。
?、崮ど锓磻鞔娴牟蛔?，主要表現在幾個方面：膜造價高，使膜生物反應器的基建投資高于傳統(tǒng)污水處理工藝;膜污染容易出現，給操作管理帶來不便;能耗高，首先MBR泥水分離過程必須保持一定的膜驅動壓力，其次是MBR池中混合液懸浮固體濃度非常高，要保持足夠的傳氧速率，必須加大曝氣強度，還有為了加大膜通量、減輕膜污染，必須增大流速，沖刷膜表面，造成MBR的能耗、費用要比傳統(tǒng)的生物處理工藝高。
2、MBR平板膜在煤直接液化廢水中的應用及問題分析
2.1 MBR膜系統(tǒng)工藝組成
膜生物反應器主要是由膜分離組件及生物反應器兩部分組成的。我廠MBR膜工藝組成流程描述：煤直接液化生活污水、低濃度含油污水生化出水、高濃度污水臭氧氧化出水及脫鹽回用工段超濾反洗排水壓力進入MBR工段配水井，經配水井將污水均勻分配到兩條格柵渠;污水經轉鼓格柵去除污水中的顆粒物和漂浮物之后自流進入A/O池中，轉鼓格柵除污機攔截的顆粒物和漂浮物運出廠外。
A/O池由兩個序列組成。A池為前置的反硝化池，A池中的異養(yǎng)型反硝化細菌利用來水中的有機物作為碳源將混合液中的亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮還原為氮氣。O池為推流式曝氣池，活性污泥中的微生物在有氧條件下，將污水中的有機物降解成CO2和H2O,將污水中的NH3-N氧化成亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮。來自MBR膜池中混合液回流至A池進行脫氮。O池補充堿度和營氧鹽。A/O池出水自流進入MBR膜分離間。
2.2 MBR膜運行中存在的問題
煤直接液化高濃度污水處理MBR膜系統(tǒng)自2013年6月投運后運行穩(wěn)定，水質和水量保持穩(wěn)定，從2016年底開始，發(fā)現透膜壓差TMP上漲速度加快的現象，到2017年初透膜壓差TMP上漲速度加快，2月中旬開始發(fā)現有部分膜組件的產水濁度上升的情況，經過及時對各膜組件的排查，對泄漏的膜組件進行隔離(切斷膜組件摻水閥與系統(tǒng)隔離)，產水水質恢復正常，MBR膜拆檢后發(fā)現膜膜片間存有較多的板結淤泥，大量的板結淤泥造成了膜表面的機械污堵，影響到了膜過濾面積，造成了產水能力的下降，在檢修過程中清理板結淤泥時，發(fā)現板結淤泥中混有較大顆粒的砂礫和鐵銹樣物質，同時也發(fā)現膜組件產水管會有老化現象，有污泥從產水管進入系統(tǒng)的現象。
2.3 MBR膜系統(tǒng)問題分析
在MBR膜系統(tǒng)檢修和問題排查過程中，發(fā)現了有部分膜組件出現了機械破損，膜表面機械損傷可歸類為以下幾種現象，第一種是膜表面只破損一個或多個孔洞尺寸約0.5mm-5mm，第二種是膜表面大面積擦傷并有較為明顯的磨損現象，減薄后形成多個破損孔洞，第三種是膜表面會發(fā)現較多處壓痕，該壓痕與支撐板表面凸起部位一致，是由于板結淤泥較多長時間對膜片擠壓所形成的壓痕直至膜片損壞。膜元件破損后會有大量的污泥從破損部位直接進入到了產水側，這也是造成產水濁度升高的根本原因。經過檢查發(fā)現，機械破損主要是硬物的刮破和磨破為主。結合發(fā)現了板結淤泥和淤泥中存在的砂礫以及鐵銹等硬物，機械破損主要是由板結淤泥將硬物壓到膜表面形成較大的力量造成的，曝氣效果差，曝氣偏流或曝氣量小非常容易造成淤泥沉積直至板結，當淤泥板結后膜片間曝氣通量面積減小，曝氣流速增加，從而造成膜片間局部磨損嚴重，當膜池內有砂礫或鐵銹時極易造成膜片損壞。膜組件產水管為直徑8mm，材質是PU的透明軟管，經過長時間使用產水管會老化變硬，顏色變成褐色，污泥極易從產水管漏入產水系統(tǒng)。
MBR膜片表面有垢類物質，顏色為褐色居多，通過對污染物的測試，發(fā)現污染物基本上都是無機物。經過分析垢類物質成分主要是由硅，鋁，鐵，鈣和錳等等。其中錳，鋁元素主要來自于污水中自身含有的成分或者前級系統(tǒng)的藥劑投加，但較高的鐵垢懷疑和嚴重腐蝕的碳鋼件存在關系，硅的污染除污水中外，與膜池脫落的混凝土也應該有聯(lián)系。鈣污染和系統(tǒng)增加的一股較高硬度的污水可能存在關系。
形成了結垢的污染物后，膜表面明顯會變粗糙，污染物在粗糙的表面上難以依靠氣體擦洗將污染物去除掉。另外，形成了較厚的結垢污染層后，也影響到了透膜壓差的升高，加重和加速了MBR膜的污染。這從實際情況看，較高硬度水進入系統(tǒng)一段時間以后，透膜壓差TMP的增速加快也可以觀察到。
對于污染物的情況，當時進行了一些現場試驗進行了觀察，發(fā)現結垢物質在檸檬酸中很難溶解，在次氯酸鈉中完全不溶解，但是在一定濃度的鹽酸和硝酸中會較快的溶解。結合之前的清洗情況看，主要以次氯酸鈉和檸檬酸藥劑的清洗對于現有形成的污染物去除效果有限。
2.4 MBR膜存在問題解決措施探索及預防措施
(1)通過對MBR膜片表面板結淤泥的清理，泄露膜片的更換，池內帶有砂礫及鐵銹的淤泥清理，MBR膜系統(tǒng)的產水水質和水量完全能夠達到生產的要求，系統(tǒng)運行正常。對整個MBR系統(tǒng)的檢修過程進行分析，MBR膜系統(tǒng)問題的主要原因是膜片間板結的淤泥，污堵了膜組件，造成系統(tǒng)處理量降低。系統(tǒng)中有部分機械破損的膜元件存在，但是數量較小，對于整個膜系統(tǒng)的產水水量和水質不會造成大的影響，多數膜池板結淤泥清理后，產水水量迅速恢復，膜組件進行化學清洗后，透膜壓差也有了明顯下降，但本次化學清洗方案根據垢樣進行了優(yōu)化，化學清洗藥劑進行了更換，目前清洗效果較好。
(2)MBR膜系統(tǒng)的運行問題分析和預防措施
由于系統(tǒng)污水水質與之前有所變化(較高硬度的污水進入系統(tǒng))，加速了系統(tǒng)的結垢，對于高硬度水的情況，依照之前主要以有機物污染為主的以次氯酸鈉清洗方式不完全適用，對于高硬度污水，無機污染的情況超過了有機污染，因此需要根據實際情況來調整操作維護的方式。對于無機污染，需要計劃增加酸洗的頻率，更改化學清洗配方，及時了解水質變化的情況，關注透膜壓差變化情況，發(fā)現異常及時分析處理。
MBR膜片間板結淤泥的形成，除了水質變化外，與膜池沉積的淤泥有一定關系，MBR膜污水系統(tǒng)一直處于高生產負荷的狀態(tài)。在全廠檢修時，依然會有較多的水量要處理，無法清理膜池內的淤泥，需要定期清理池內被污染的淤泥。膜池曝氣效果差，曝氣效果不均勻、曝氣量小等加速了淤泥在膜片表面的附著;曝氣效果長時間不好，極易導致膜片間淤泥板結。為避免板結淤泥的形成需要經常關注曝氣量是否均勻，曝氣量是否過小，曝氣間隙時間是否過長，悶曝時間是否過短，要實現精細化操作。
MBR膜池中池壁等預埋件、與污泥回流泵入口管都是碳鋼材質，長期使用后發(fā)生腐蝕現象，有大量的鐵銹進入池中，要對能產生鐵銹的部件進行更換或是防腐處理，以避免銹渣和砂礫損壞膜組件。MBR膜池前端A/O池封閉避免砂礫等雜物掉落進入MBR系統(tǒng)，損壞MBR膜片。
定期組織對膜組件進行檢查，拆檢一組膜組件，檢查膜片的結垢情況，檢查是否有淤泥板結的傾向，檢查有無機械損傷，檢查產水管是否老化等，以便能及時發(fā)現問題并及時處理，避免事態(tài)擴大并做出預防和糾正措施，保證系統(tǒng)的運行安全可控。
3、MBR膜在煤直接液化廢水應用的探索
隨著我國國內環(huán)保壓力增加，水處理行業(yè)發(fā)展迅速，國產膜發(fā)展與應用較為廣泛，但大型工業(yè)化的相對較少，國內使用的MBR膜形式各異，以浸沒式膜生物反應器為主，運行效果層次不齊。2017年10月份選用國產某名牌盒式MBR平板膜進行實驗，實驗的MBR膜根據現場現有尺寸進行安裝實驗，出水管裝有就地流量計，實驗至2018年10月份，運行效果良好，膜通量未見明顯衰減，膜未發(fā)現有損壞現象，由于做實驗只安裝一組，透膜壓差無數據，2018年10月份吊出檢查發(fā)現膜表面有結垢現象，實驗廠家已取樣回廠進行分析，根據分析結果再進一步優(yōu)化實驗方案。
4、結語
MBR浸沒式平板膜在煤直接液化廢水中是首次應用，從產品出水指標、運行效果，設備使用壽命等都非常好。通過幾年的運行發(fā)現了若干的問題，如池中部件腐蝕、污泥過多、輸入介質變化、曝氣不均勻、膜片間泥餅板結、膜表面結垢、池內有砂礫、前端A/O池未封閉等等問題，造成了MBR膜透膜壓差高、處理量降低、膜片破損，但通過優(yōu)化操作，優(yōu)化MBR膜化學清洗方案，定期清理檢查膜池膜片，對腐蝕部件更換或做防腐等措施來保證MBR膜膜片不淤積泥餅不損壞，達到長期穩(wěn)定運行，同時也優(yōu)化了檢修方案，大大的縮短了檢修時間。進口MBR膜更換成本較高，通過國產MBR膜試用，積累國產膜的運行經驗，再次選擇MBR膜時可以多一種選擇，可以降低MBR膜的更換成本。( >
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